直接空冷系统中喷雾冷却技术

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1、万方数据2009年第5期东北电力技术19直接空冷系统中喷雾冷却技术的应用TheUseofSprayCoolingTechnologytoDirectAir—coolingSystem范志强，陈海平，张学镭(华北电力大学，河北保定071003)摘要：直接空冷机组夏季真空低是影响机组安全经济运行的主要问题之一。通过装设喷雾冷却系统，可以有效强化空冷散热器的传热，提高机组出力。主要介绍了喷雾冷却系统的工作原理，阐述了系统对喷嘴选择、喷嘴流量、喷嘴压力、喷雾角度及喷雾水质的要求。通过经济性分析，喷雾冷却系统实际应用是可行的，可以降低机组背压，提高机组的经济性和安全性。关键词：直接空冷系统；

2、喷雾冷却；喷嘴；安全经济性[中图分类号]TK264．1；TK414．2[文献标识码]B[文章编号】1004—7913(2009)05—0019—03我国电力发展受到水资源短缺的极大约束。直接空冷发电机组节水效果非常显著，在富煤缺水的地区大力发展大型直接空冷机组对节约水资源和电力发展具有重要的意义。近几年，直接空冷系统得到大力的推广和应用。’由于夏季气温高，直接空冷机组的满发背压会很高，甚至超标。为保证机组的安全运行，机组不得不限负荷运行。这样机组在夏季必然会出现较长时间大负荷高背压限负荷运行工况，对机组的安全运行带来严重的隐患，也直接影响电网的安全经济运行¨J。为解决这一问题，从改

3、善空冷散热器换热条件出发，通过装设喷雾系统，可强化空冷散热器的传热，提高机组出力。喷雾系统利用水的汽化潜热来强化传热有2种方式：一是提高空冷风机入口空气湿度来降低空气温度；二是喷雾水直接喷到空冷散热器表面，通过喷雾水在空冷翅片表面蒸发来达到强化传热目的。本文以第2种方式对喷雾冷却系统的工作原理、结构特性及系统的可行性进行阐述和分析。喷雾冷却系统在理论和实际应用上都是可行的，可推广使用。1喷雾冷却系统构成及工作原理1．1系统组成喷雾冷却系统由空冷散热器外部供水系统、冷却三角内部喷雾系统及操作控制系统组成011。外部供水系统由供水泵、供水开关阀、调节阀及管路系统组成。为减少系统投资，多

4、台机组可共用1套供水管路系统，并在进人各机组的分管上安装隔断门。冷却三角内部喷雾系统由供水支管路、过滤网、若干喷头和相关配件组成。操作控制系统主要用于控制泵的启停和喷水流量、压力的调节。1．2工作原理在空冷风机出口，装有若干喷头组成的喷雾强化换热系统，如图1所示。其工作原理是：压力水通过喷头喷射出许多细小颗粒的雾状水滴，加湿空冷凝汽器表面，由于水在蒸发过程中会吸收很大的汽化潜热，通过雾化水在翅片表面蒸发，利用水的汽化潜热有效强化了传热。图l直接空冷中喷雾冷却系统2喷雾冷却系统的主要设计要求2．1喷嘴选择万方数据东北电力技术2009年第5期喷嘴是喷雾冷却系统的关键部件，其好坏直接影响

5、喷雾蒸发冷却的效果旧J。对喷嘴的要求是：喷雾效果好，喷水量大，喷射角大，喷射面积大，不易堵塞。通过试验发现螺旋圆锥喷头喷雾效果较好(如图2所示)，是一种冷却效果非常好的喷头。螺旋圆锥喷头解决了喷孔堵塞的难题，喷雾射程远，喷透力强，喷头单重较轻，一次性投资较低，在实际应用中很受运行人员的欢迎。图2实心螺旋圆锥喷头不同喷雾角度的喷雾效果(a)——实心锥600喷雾效；(b)——实心锥90。喷雾效果；(c)——实心锥120。喷雾效果2．2喷嘴流量和数量喷嘴流量和数量由喷雾系统的用水量决定，而喷雾系统的用水量要根据空冷散热器的散热量和空冷风机人口空气的吸水能力确定。当机组负荷一定时空冷散热器

6、的散热量也基本确定，空气的吸水能力受当地气候影响。一定温度和湿度下的空气的干球温度与湿球温度差决定了空气可进一步吸收水分的能力。每lkg干空气(10～40℃)加湿到饱和湿空气吸水能力为3．83～10．35g，每lkg相对湿度为50％的空气(干球温度为10～40℃)加湿到饱和湿空气吸水能力为1．82～4．18g【lJ。在实际运行中，环境温度在30℃以上时才需投入喷雾冷却系统，而喷水温度一般在20～25℃，其喷水焓值与湿球温度下水蒸气分压对应的饱和水焓值很接近，因此Ad／AT的比值反映了湿空气喷雾用水量与降温幅度的关系。根据空气的冷却幅度(空气的吸水能力)可以确定喷雾冷却系统的喷雾用水

7、量，喷嘴型式选定时也就确定了喷嘴的流量和数量。2．3喷嘴压力喷嘴压力随喷嘴流量增加而增大，流量和压力的关系为宰：．厚(1)Q：√P2r7式中Q——喷嘴流量，L／rain；P一喷嘴压力，X105Pa。当喷嘴流量及其型式确定后，喷嘴压力也基本确定。喷嘴流量可由式(2)得到：Q=3600—,rr—d‘(2)式中口——喷嘴流量，m3／h；d——喷孔直径，m；t卜喷射速度，m／s。螺旋实心喷嘴流量与压力的计算结果见表1。表1P—S系列不同直径下螺旋实心喷嘴流量和压力的对应关系L